11.21 為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

能不能形成電流,取決於兩個條件,一個是存在電壓,另外一個是有迴路。

至於線路流過電流的大小,則取決於線路的阻抗大小。所以只要條件滿足,並沒有”迴路電流走零線不走電線,漏電電流走地線不走零線“的說法。

零線PEN本身就是地線(PE)+中性線(N)的合體,零線裡邊含有地線,零線是變壓器二次側中性點引出的線路。與相線構成迴路對用電設備進行供電,通常情況下,零線在變壓器二次側中性點處與地線重複接地,起到雙重保護作用。

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

下邊從零線地線的概念來分析

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

注意到圖1中還未出現零線,只有三條相線L1/L2/L3,以及三條相線的中性線N。三條相線對N線的電壓均為220V,相線之間的電壓則為380V。

我們知道,交流電壓的表達式為:u=sqrt 2 Usin(wt) ,而交流電流的表達式為:i=sqrt 2 Isin(wt) 。

注意到一個事實,當三相平衡時,中性線總線上的電壓和電流有如下特性:

U_N=sqrt 2 U_Asin(wt)+sqrt 2 U_Bsin(wt+120)+sqrt 2 U_Csin(wt+240)=0

在圖1中,具有此特性的只有標註了N字樣的中性線總線,而中性線支線是不具有此特性的。

對於中性線支線來說,流過中性線的電流與相線電流大小相等方向相反。

我們再來看圖1。圖1中的中性線發生了斷裂,於是在斷裂點的前方,中性線的電壓依舊為零,但斷裂點的後方若三相平衡時,它的電壓為零;但若三相不平衡,則斷裂點後方的中性線電壓會上升,最高會升到相電壓。

事實上,我們發現,只要三相不平衡,儘管中性線並未斷裂,但中性線的電壓也會上升。

我們看圖2和圖3:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

圖2中,在變壓器的中性點做了接地,此接地在國家標準和規範中,被稱為系統接地。注意,這裡的接地符號是接大地的意思。

系統接地的意義有兩個:

第一個意義:系統接地使得變壓器的中性線的電位被強制性地鉗制在大地的零點位;

第二個意義:給系統的接地電流提供了一條通道;

值得注意的是:圖2中的N線因為有了工作接地,所以它的符號也變了,變成PEN,也就是題主主題中的零線。

零線,它的準確名稱是保護中性線。在這裡,保護優先於中性線功能。

通過前面的論述我們已經知道,若零線斷裂,由於零線具有中性線功能,所以斷裂點後部的零線電壓可能會上升。

事實上,零線斷裂點後部的由電壓完全由下式決定:

U_N=sqrt 2 U_Asin(wt)+sqrt 2 U_Bsin(wt+120)+sqrt 2 U_Csin(wt+240)

可以看出,如果U_A、U_B和 U_C各不相同,則三相電壓就不平衡,零線電壓U_N當然也不等於零。

同理,我們可以看到零線斷裂點後部的電流也與三相不平衡有關。

再看圖3,我們發現零線PEN中採取多點接地的方法,以避免出現零線斷裂點後部電壓上升的情況。

注意哦,圖2對應的接地系統叫做TN-C,而圖3對應的接地系統叫做TN-C-S。

我們來看圖4:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

圖4中,變壓器中性點接地,而用電設備的外殼直接接地。

正常運行時,我們看到,用電設備的外殼根本就不會有任何電流流過。

現在,我們來分析L3相對用電設備的外殼發生碰殼事故的情況。

我們首先遇見的是外殼接地電阻有多大這個基礎參數。在國家標準GB50054《低壓配電設計規範》中,把外殼接地後的電阻以及地網電阻合併叫做接地極電阻,並規定它的值不得大於4歐。但在工程上,一般認為接地極電阻為0.8歐。

其次,我們需要知道零線電纜的電阻是多少。這個值可以根據具體線路參數來考慮。方便起見,不妨先規定這條零線電纜的長度是100米,電纜芯線截面是16平方毫米,它的工作溫度是30攝氏度,則它的電阻為:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

有了這兩個數據,我們就可以來進行實際計算了。

我們看圖4的下圖,我們發現當L3相對用電設備的外殼短路時,零線中有電流流過,地網中也有電流流過。

注意到零線電阻和地網電阻其實是並聯的,按照中學的電學物理知識,我們知道並聯電路的電流與電阻的阻值成反比,也即:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

由此推得:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

由式1我們看到,地網電流與零線電阻和地網電阻的比值有關。我們把接地極電阻按4歐取值,把具體參數代入,得到地網電流為:

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

也就是說,地網電流只相當於零線電流的3%~15%而已!我們取為中間值,則地網電流只有零線電流的6%。

所以三相平衡時候,無論零線,地線都沒有電流的,當有漏電產生時候,零線流過的電流遠大於負載這邊所謂接地線的電流。

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?

為何迴路電流走零線不走地線,漏電電流走地線不走零線呢?


分享到:


相關文章: